（水文学及水资源专业论文）突发重金属污染事故的环境风险研究.pdf

原创性声明 i i i i iii il ui i 1 u l l lr lli t l l l l y 1 8 3 3 0 2 8 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引川的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对木文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文能砒涨虹嗍如年月日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 靴做懈伽脲丝 嗍如。年衫月日 摘要 摘要 近些年来，我国突发污染事故的发生次数逐步增多，发生频率不断j f f 高， 给我国的经济社会发生带来了巨大损失。加强突发污染事故的环境风险的研究 对于减少事故危害、降低事故发生频率具有重要作用。基于此，本文从突发污 染事故及环境风险的内涵出发，构建了用丁计算污染事故发生概率的突发污染 事故概率分析模型，应用该模型可以得到区域突发污染事故的发生概率以及该 发生概率所对应的事故泄漏量，由于突发污染事故所包含的不确定性因素众多， 导致了突发性风险研究难度的增加，本文充分考虑了突发污染事故的随机不确 定性和模糊不确定性，将突发污染事故概率分析模犁中的参数变晕进行模糊化 处理，并对其进行随机确定，体现了突发污染事故的刁i 确定性；以重金属作为 水体主要负荷载体，充分考虑了泥沙颗粒运动对重金属迁移转化过程的影响， 将泥沙方程与重金属迁移转化方程耦合，构建了河流重金属迁移转化分相模型， 并选取实测资料对模型进行了验证；从经济损失的不同方面来考虑，构建了用 于污染事故损失计算的突发污染事故损失评估模型，应用该模型可定量评估突 发污染事故所造成的经济损失。以上述三个模型为基础，并对其进行耦合，构 建了基于蒙特卡洛模拟法的突发污染事故环境风险评价模型。设定北江上游突 发重金属污染事故情景，应用该模型从两个方面评价突发污染事故对佛山市的 影响，计算佛i l i 市的突发性环境风险的大小，结果显示：无论是以哪- 利情况 的计算结果为准，研究区的环境风险状况已经十分严峻，尤其是对于第二种情 况的计算结果，得出的研究区的环境风险更加严峻，重大风险和特大风险之和 已经高达2 1 ，需要加快对潜在风险源的治理。 关键词：重金属突发性环境风险健康风险 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h eo c c u r r e n c et i m e so ft h ep o l l u t i o na c c i d e n t si nc h i n ah a v e i n c r e a s e dg r a d u a l l y , a n dt h ea c c i d e n t sa r eh a p p e n i n gw i t hi n c r e a s i n g ，w h i c hi n f li c t e d c o n s i d e r a b l el o s s e st oo u re c o n o m y i n t e n s i f i n gt h es t u d yo fe n v i r o n m e n t a lr i s ko f t h ep o l l u t i o na c c i d e n t sp l a ya l l i m p o r t a n tr o l eo nc u t t i n gd o w nt h eh a z a r d sa n d d e c r e a s i n gt h ei j r e q u e n c yo fa c c i d e n t t h e r e f o r e ，b a s e do nt h em e a n i n go ft h e p o l l u t i o na c c i d e n t sa n dt h ee n v i r o n m e n t a lr i s k ，i nt h i sa r t i c l e ，i no r d e rt os u mu pt h e f r e q u e n c yo ft h ea c c i d e n t s ，f r e q u e n c ya n a l y s i sm o d e lf o rp o l l u t i o na c c i d e n t si ss e n e d u p ，w i t hw h i c ht h ef r e q u e n c ya n dt h el e a k a g eu n d e rt h i sf r e q u e n c yc a nb cc a l c u l a t e d ， t h e r ea r em a n yu n c e r t a i n t i e si nt h ep o l l u t i o na c c i d e n t s ，w h i c hl e a dt h ec o m p l e x i t yo f s t u d yr e s e a r c ho ft h ee n v i r o n m e n t a lr i s ki n c r e a s i n g t h er a n d o m i c i t ya n df u z z ya r e c o n s i d e r e d i nt h i sa r t i c l e ，t h ep a r a m e t e ro ff r e q u e n c ya n a l y s i sm o d e lf o rp o l l u t i o n a c c i d e n t si sd i s p o s e df r o mi t sf u z z y ，a n dt h ep a r a m e t e ri so b t a i n e dr a n d o m l y ，t h r o u g h t h e s ep r a c t i c e s ，t h ei n c e r t i t u d e so ft h ep o ll u t i o na c c i d e n t sa r ei n c a r n a t e d w i t hh e a v y m e t a la st h em a i nl o a dc a r r i e ri nw a t e r , t h ei m p a c tw h i c ht h em o v e m e n to fb e d l o a d p u t so nt h ep r o c e s so fm i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o no fh e a v ym e t a l si sc o n s i d e r e d ， a n dt h es i l tm o d e li sa c c e d e dt ot h et r a n s f e rm e c h a n i s mo fh e a v y m e t a l ，s o p h a s e - s e p a r a t i o nm o d e lo fh e a v ym e t a li sb u i l t ，b e s i d e st h e s e ，t h ep a r a m e t e r so ft h i s m o d e la r ev a li d a t e di n t e g r a t e dw i t ht h ea c t u a ld a t a f r o mt h ed i f f e r e n ta s p e c t so f e c o n o m i cl o s s e sf o rc o n s i d e r i n g ，d a m a g ea s s e s s m e n tm o d e lf o rp o l l u t i o na c c i d e n t si s b u i l t ，w i t hw h i c ht h ei o s so fp o l l u t i o na c c i d e n t sc a nb ec a l c u l a t e d b a s e do nt h e s e t h r e em o d e l sf o rc o u p l i n g ，e n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n tm o d e lf o r p o l l u t i o n a c c i d e n t sb a s e do nm o n t ec a r l om e t h o di sb u i l t a f t e r h e a v ym e t a lp o l l u t i o n a c c i d e n ts c e n eo ft h en o r t hr i v e ru p s t r e a mi ss e t t e d ，u s et h i sm o d e lt oe v a l u a t et h e e f f e c t t h a tp o l l u t i o na c c i d e n t sg i v eo nt h ef o s h a nc i t yf r o mt w oa s p e c t s ，a n d c a l c u l a t et h ee n v i r o n m e n t a lr i s ko ff o s h a nc i t y ，t h er e s u l ts h o w e dt h a t ：n om a t t e r a n yr e s u l ti sr i g h t ，t h ee n v i r o n m e n t a lr i s ko fs t u d ya r e ai sa l r e a d yv e r ys e r i o u s ， e s p e c i a l l yf o rt h es e c o n dc a s eo ft h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ，t h ee n v i r o n m e n t a lr i s ko ft h e i i a b s t r a c t s t u d ya r e ai sm o r es e v e r e ，t h et o t a lo fs i g n i f i c a n tr i s ka n ds e r i o u sr i s ki su pt o21 ， p o t e n t i a ls o u r c e so fp o l l u t i o ns h o u l db ed i s p o s e da to n c e k e yw o r d s ：h e a v ym e t a l ，s u d d e n ，e n v i r o n m e n t a lr i s k ，h e a l t hr i s k i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i l 1 绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 研究背景i 1 1 2 研究意义2 1 2 环境风险评价的界定3 1 2 1 风险定义3 1 2 2 环境风险定义及分类4 1 2 3 环境风险评价定义5 1 3 环境风险研究进展6 1 4 目前存在的问题7 1 5 研究内容、创新之处及技术路线7 1 5 1 研究内容7 1 5 2 创新之处8 1 5 3 技术路线9 2 突发污染事故的概率研究1 l 2 1 综述l l 2 2 突发污染事故发生频率的描述1 2 2 2 1 不确定性因素分析1 2 2 2 2 突发污染事故发生概率描述方式一i3 2 3 突发污染事故排放强度的确定l8 2 3 1 样本数列的确定1 8 l v 目录 2 3 2 函数关系式介绍2 1 2 4 突发污染事故概率分析模型2 2 2 5 本章小结2 3 3 重金属迁移转化模型研究2 4 3 1 重金属在水体中的物理化学过程描述2 4 3 2 重金属吸附解吸过程分析2 6 3 2 1 重金属吸附解吸的影响因素2 6 3 2 2 重金属吸附解吸模式分析一2 7 3 3 重金属迁移转化模型研究2 9 3 3 1 重金属水质模型分类2 9 3 3 2 重金属迁移转化动力学模型研究一3 0 3 3 3 重金属迁移转化分相模型建立一3l 3 4 模型的求解与验证3 5 3 4 1 求解方法3 5 3 4 2 求解条件3 9 3 4 3 模型验证4 0 3 5 本章小结4 6 4 突发污染事故损失评估4 7 4 1 污染事故损失的描述4 7 4 1 l 水资源经济价值内涵一4 7 4 1 2 水污染损失的组成4 8 4 2 污染事故损失评估方法介绍5 0 4 3 突发污染事故损失评估模型的建立5 l 4 _ 3 1 工业损失研究5 2 4 3 2 农业损失研究一5 2 4 3 3 人体健康损火研究5 3 4 3 4 模型计算步骤5 4 v 目录 4 4 本章小结5 6 5 突发污染事故环境风险评价模型研究5 7 5 1 突发污染事故环境风险评价模型构建思路5 7 5 2 突发污染事故环境风险评价模型的关键技术研究5 9 5 2 1 蒙特卡洛模拟技术5 9 5 2 2 模型耦合6 0 5 3 模型计算流程6 l 5 4 本章小结6 4 6 实例应用6 5 6 1 研究区概况6 5 6 1 1 自然地理概况6 5 6 1 2 社会经济概况6 5 6 1 3 供水状况6 6 6 1 4 污染源调查6 8 6 2 研究区突发晕金属污染事故发生概率分析7 3 6 2 1 突发污染事故发生概率计算7 3 6 2 2 发生概率与事故强度函数关系确定7 5 6 3 研究区突发重金属污染事故数值模拟7 8 6 4 研究区突发污染事故损失分析7 9 6 4 1 研究区工业损失分析7 9 6 4 2 研究区农业损失分析7 9 6 4 _ 3 研究区人体健康损失分析8 0 6 5 环境风险分析8 l 6 5 1 风险损失分级标准确定8 l 6 5 2 计算时段为固定值8 2 6 5 3 计算时段为区由j 值8 5 6 5 4 两次模拟结果比较8 9 v i 目录 6 6 本章小结9 2 7 结论与建议9 3 7 1 结论9 3 7 2 建议9 4 参考文献9 5 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果9 8 致谢9 9 v i i 绪论 1 绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 水是人类生活和社会生产不可缺少的资料，随着经济的发展和人口的增加， 我国的水环境问题日趋严重，大量水体遭到了不同程度的污染，2 0 0 5 年全国人 大常委会水污染防治法执法检查组调查发现，“中国七大水系中劣五类水体占三 成左右，水体已经失去使用功能，成为有害的脏水，连农业灌溉都不行 ，水环 境形式已经不容乐观。造成水体污染的原因包括突发污染事故和非突发污染事 故。目前，我国在非突发污染源的治理方面已开展了许多工作，如督促排污企 业加大对污水的处理力度、兴建污水输送管网、污水处理厂等，取得了不错的 成果，使我国的非突发污染事故得到了有效的控制。 突发污染事故是指社会生产和生活中使用的危险品在其产生、运输、使用、 储存和处置的整个生命周期中，由于自然灾害、人为的疏忽或错误操作，在短 时间内排放出大量污染物质，对环境造成严重污染和破坏，给人民的生命和国 家财产造成重大损失的恶性事故。突发污染事故可以分为核污染事故，剧毒农 药和有毒化学品的泄漏、扩散污染事故，易燃易爆物的泄漏爆炸污染事故，非 正常人量排放废水造成的污染事故等类型。 突发污染事故不同于一般的污染事故，它具有以下特性：形式的多样性： 突发污染事故涉及众多行业和领域，如有毒化学晶的牛产、运输、储存、使用 以及处置过程中，均有可能发生环境污染事故。就事故类型而言，其表现形式 也是多种多样，如泄漏、燃烧、爆炸等。发生的突然性：环境污染事故往往 突然发生，如果事先没有采取有效的防范措施，则在很短的时间内往往难以控 制，防不胜防，具有很大的偶然性和突发性。危害的严重性：由于环境污染 事故均是在短时间内排放大量的有毒有害物质，再加上其表现形式多种多样， 人们往往来不及采取相应的应急措施，因而极易造成严重的人员伤亡、财产损 失和环境破坏。处理处置的艰巨性：突发性污染事故由于具有污染因素多、 发生突然、危害强度大等特点，要求处理突发性环境污染事故必须快速、及时、 处理措施得当有效。 1 绪论 突发污染事故本身这些特征就决定了其具有众多的不确定性因素，这些不 确定性因素也是突发性风险的根源所在：发生时间、地点的不确定性：造成 突发性水污染事故的原因包括：水上交通事故、企业违规或事故排污、公路交 通事故、管道破裂等。事故水域性质的不确定性：水域可以分为河流、湖泊、 河口、海洋、水库、地下水等。污染源的不确定性：突发污染事故一旦发生， 其泄漏的污染物类型、数量、危害方式和环境破坏能力等都具有很大的不确定 性。而这些数据对于应急救援是极为重要的，也是事故模拟所需要的基本参数。 造成危害的不确定性：同等规模的污染事故，所造成的危害也是存在很大差 别的，如污染事故发生地点与城市水源地之间距离距离的远近就直接影响了其 危害的大小。 由于突发污染事故存在大量的不确定性因素，导致了突发性污染事故的应 急脆测、处理比一般的污染事故要更加艰巨，因此目前还没有很好地控制措施， 根据相关的统计数据显示，近年来我国突发污染事故的发生次数逐步增多，事 故造成的危害逐渐加剧。如2 0 0 4 年2 月，四川化工集团公刊第二化肥厂将含 高浓度氨氮的尿素工艺冷凝液排入沱江的支流毗河，导致沱江干、支流水域严 重污染，造成沱江中下游百万人饮水中断、水生态系统被严重破坏、直接经济 损失上亿元；2 0 0 5 年1 1 月1 3 日，中国石油吉林石化公司双苯j 爆炸泄漏引起 松花江重大水污染事故，约一百吨苯类污染物流入松花江，江中硝基苯最大超 标倍数为2 9 i 倍，事故造成哈尔滨市停止供水4 天；2 0 0 5 年1 2 月18 日，广东 北江流域发生一起由于企业违法排放超标工业废水而引发的严重水污染事故， 水体中重金属镉的含量超标近l o 倍，北江下游韶关、清远、英德j 个城市的饮 用水受到威胁，部分城市停止供水。这些突发污染事故使水体遭到污染，环境 遭到破坏，严重影响了社会稳定和经济发展。在众多的污染物中，由于重金属 污染物不易被微生物降解，导致重金属污染事故发生后，水体中的重金属很难 消失，影响尤其严重。目前，我国在突发重金属污染事故环境风险评价方面的 研究还不多，难以为突发重金属污染事故发生后的鹿急处理提供技术支持，而 且突发性风险事故的发生难以预料且破坏严重，因此加强对突发重金属污染 事故的环境风险评价研究已经势在必行。 1 1 2 研究意义 在我国，由于突发污染事故日趋频繁，使我国的河流遭受的污染越来越严 2 绪论 重，对社会经济健康发展和居民饮水安全造成了很大威胁，同时，重金属污染 物不易被微生物降解，造成的危害尤其巨大。因此，本文在对突发污染事故及 突发性环境风险研究基础上，以重金属污染物为研究对象，提出了一套关于突 发重金属污染事故环境风险评价的方法，该方法一方面可以对突发重金属污染 事故发生之后所造成的损失进行预测，为应急处理部门依据不同区域的受影响 程度，有针对的制定应急措施提供参考依据，从而达到减少或控制突发性污染 事故造成的污染损伤，增强对突发重大环境事故的应急处理能力，促进突发污 染事故决策的科学化、规范化的目的：另一方面通过该方法所建立的风险评价 模型，可以计算出某一个研究区域内不同级别损失的风险，从而可以为环境部 门根据风险计算结果及时采取措施，降低该地区突发污染事故的发生概率提供 指导，进而可以起到有效保障用水安全和社会经济稳定发展的作用。同时，加 强对突发重金属污染事故的环境风险评价研究，对于水利、环境学科的发展具 有一定的理论指导意义。 1 2 环境风险评价的界定 1 2 1 风险定义 目前国内外的相关学者在风险方面作了大量的研究，关于风险的定义也有 很多版本，其一f - 应用广泛的是：某+ 。特定危险情况发生的可能性和后果的组合。 根据该定义可以得卜n 风险包括两方面的含义：第一，风险的产生具有一种可能 性，而且这种可能性常用概率来描述；第二，风险的发生会带来不期望的后果， 这种后果都是恶性的，会对社会生产、人们的生活造成损失。其发生的可能性 及产生的后果可以通过风险的两个指标来表示：一是风险频率，又称损失频率， 是指在确定的时间内发生事故的次数，或在确定时间内一次事故发生的可能性： 二是风险程度，又称损失程度，是指每发生一次事故导致的损失价值或这次污 染事故所造成的损失价值占区域伞部价值的百分比。在现实生活中二者一般存 在反比关系，即风险频率越高，但风险程度越小：风险频率越低，风险程度越 大。 关于风险的数学表达，可以通过概率p 来表示风险的大小r i s k ，即r i s k = p ( 风险的发生) ，例如对于某一个水环境系统而言，设水环境系统容量为随机变 量x ，水环境负荷量为随机变量y ，并令m = x y ，其概率密度为f u ( m ) ，当 3 绪论 m 量0 时，则表示环境遭到了破坏，如图1 1 所示， 慨厂、 壑 f m ( m ) | 密 宣 么 念 0 h 厂 随机变量 图1 1 随机变量的累积概率 根据上图可以得出环境风险的计算公式为： r i s k = 尸( x y o ) - p ( m 0 ) 0 = 肌伽 1 2 2 环境风险定义及分类 环境风险指人们在生产、生活过程中，所遭遇的突发性事故( 自然灾害、 不测事件除外) 对环境、人体健康或社会经济的危害程度，通常用风险值r 表 征，该风险值包含两个方面的含义：突发性事故发生概率，用p 表示；事 故对环境、人体健康或社会经济所造成的损失，用c 表示。 根据相关文献，环境风险可以分为以下四种： ( 1 ) 统计风险 统计风险就是将过去时间段内，能够影响风险各因子的所有资料用统计分析的 方法计算出某事件发牛概率，即的得到了其风险值，这需要以正确的统计模 型和大量的统计资料为基础，也是对过去已经发生的事件得出的计算值。 ( 2 ) 真实风险 真实风险指最终发生的实际风险，其大小都是由一系列已经发生的事件决 定的，即只有引起风险的各类事件发生之后，才能得出风险的真实值，这其实 4 绪论 就是对过去事件的一个总结。 ( 3 ) 感知风险 感知风险即主观风险，就是环境风险评价方面的专家根据自己的经验和专 业知识，从主观感觉出发估计未来可能风险的大小，并将各个专家的估计结果 进行综合得出一个可信度较高的风险值。 ( 4 ) 预测风险 预测风险就是从一系列的信息资料中选择一些最能反映实际情况的资料 同时选择一个合适的评价模型和计算方法对未来可能产生的风险作出一个合理 的分析，然后再计算出风险值。 但是，在实际应用时，经常会因为统计资料不足无法使用真实风险和统计 风险，而更多的采用预测风险和感知风险，这样有利于对未来时段可能风险进 行掌握，从而为采取应急处理措施提供参考依据，本文所研究的就是突发污染 事故的预测风险，即通过选择合适的评价模犁对突发污染事故的潜在风险源所 造成的环境风险进行预测、计算，并将风险大小用概率的形式表示。 1 2 3 环境风险评价定义 环境风险评价定义：( 1 ) 从广义卜讲，是指对人类的各种行为对人体健康、 社会经济发展、生态系统等所造成的风险可能带来的损失进行评价，由此进行 管理和决剿引。( 2 ) 从狭义上讲，指对有毒化学物质对环境、人体健康所造成 的危害程度进行概率估算，并提出减小环境风险的方案和对策。环境风险评价 是环境影响评价的重要组成部分，是环境风险定量化的计算方法。 环境风险评价的出现标志着环境保护战略由事故后被动治理转向事故前预 测和有效管理，可见加强环境风险评价的研究对于环境保护具有重要的现实意 义，是环境宏j ! ! l l 控制技术体系的一个重要发展方向，更是环境保护管理体系中 重点提倡的基本工作之一。正是这些原冈，使得环境风险评价工作愈来愈受到 许多国家环保机构和有关国际组织重视。 突发性事故的环境风险评价是环境风险评价的重要组成部分，它研究的对 象主要是有毒有害物质通过多种途径突然泄漏于水体，对受污水体或研究区域 内其它对象所造成的风险。 5 绪论 1 3 环境风险研究进展 随着环境问题的日益突出，引起了国家和社会的广泛关注，环境风险评价 不但可以对发生可能性进行评价，还可以对发生后产生的后果进行评价，是进 行环境风险研究的重要手段，因此，国内外学者逐步加强了对环境风险评价的 研究，环境科学领域一些环境模型的建立和发展也使环境风险评价的预测功能 日趋完善，技术的发展给环境风险注入了新的活力。 环境风险评价可分为非突发性风险评价和突发性风险评价，常用的评价方 法有定性评价法、矩阵评价法、指数评价法、模糊评价法、概率评价法等。由 于风险的产生的原因主要是不确定性因素，因此，小确定性研究是风险研究的 主要内容，目前国内外学者主要采用随机和模糊的方法进行不确定性的识别、 预测。灵敏度分析、先验统计( 贝叶斯) 、概率分析、蒙特卡罗模拟等许多技术 都可以用来处理不确定性，而处理不确定性的数学方法主要有概率理论、马尔 可大模型、模糊集、事件树、影响图、启发式模型等。其中在突发性风险方面， 大部分的研究都是以随机理论为基础或者是将随机理论与其它不确定性理论相 结合的方法评估突发污染事故风险源发生的可能性。在非突发性风险研究上， 主要是应用随机理论、灰色系统理论和模糊理论。 其中，比较有代表性的研究成果有：曾光明，何理等【3 l 将突发性事故发生 后所带来的水质风险与事故发牛频率相结合，建立突发性水质风险模型。根据 随机理论中泊松过程，计算突发性风险概率，并以沱江某河段水质风险为例， 对突发性和非突发性风险的计算结果作了比较。胡国华、夏军1 4 】根据河流水文、 水质参数所具有的随机性和灰色性等不确定性冈素，将概率论和灰色系统理论 相结合，给出了灰色概率、灰色概率分布、灰色概率密度、灰色期望以及灰色 方差等概念，并建立水质风险分析的灰色一随机风险率方法，以嘉陵江苍溪段 为例进行了有机物污染风险分析。金菊良、吴开亚等1 5 j 在探讨了将三角模糊数 理论用于处理水环境风险评价系统中的随机性、模糊性以及资料信息的不完整、 不精确性等不确定性特征的具体实现途径，应用m o n t ec a r l o 法模拟三角模糊 数，建立了水环境风险评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型，并开展了应用 实例分析。陈小红，涂新军1 6 】将水质变量作为随机变量，以随机点过程理论为 基础，构建了水质超阈值风险分析的成丛随机点过程复合模型，并应用该模型 对深圳市深圳河河口段水体d o 、c o d 浓度超阈值的风险率进行了估算，获得 满意计算结果，为水质超闽值风险识别和环境保险的开展提供了参考依据。李 6 绪论 如忠、钱家忠等1 7 在定义水环境系统未确知参数和河流水质未确知风险概念的 基础上，运用未确知数学理论，建立了突发性泄漏情形下污染物运移、扩散和 转化规律的二维河流水质未确知模拟模型和水质风险可靠度计算模型。钟政林 等哺j 在对河流水质非突发性风险问题进行系统的研究，运用马尔科夫随机过程 理论，建立了马尔科夫链风险评价模型。r o s s m a n l l 9 】将受纳水体季节性水质损 害设为随机变量，并假设季节间水质变化过程具有马尔科犬性质，在水质风险 水平一定的情况下，运用非线性规划模型计算该水平下的季节性排污大小。王 丽萍、周晓蔚等l io 】以微囊藻毒素为风险指示物，采用随机数值模拟预报水体中 污染物浓度，并用模糊隶属度函数表征污染物的环境质晕标准和毒性标准，建 立了模糊随机风险评价模型，并将该模型用- 丁某饮用水源两种一i 同环境质量标 准的情景分析。 1 4 目前存在的问题 通过对国内外的研究现状进行分析后可以看出，国内外学者正逐步加强对 环境风险的研究，并且都取得了定的成果，但由于受各方面冈素的限制，还 存在一些问题： ( 1 ) 目前的研究主要针对的是有机物污染，以重金属污染物为对象的研究 成果很少，而且重金属和有机物的性质不同，其在水体中很难因为生物、化学 反应而消失，因此，加强对重金属污染物的数值模拟对于环境风险研究具有重 要作用，但是，我国针对水体中重金槭迁移转化的数值模拟的研究却严重升i 足。 ( 2 ) 针对环境风险评价的研究主要是以水环境系统中的不确定性因素为依 据，对非突发性风险进行研究，而关于突发件环境风险评价的研究成果却很少， 导致了突发性事故环境风险评价缺乏系统性的方法。 1 5 研究内容、创新之处及技术路线 1 5 1 研究内容 第一章绪论部分首先对本文的研究背景、意义作了论述，然后对环境风险 的理论体系作了详细的介绍，总结了在环境风险评价领域国内外学者所取得的 研究成果，在此基础上分析了存在的问题，最后对本文的研究内容、创新之处、 7 绪论 技术路线作了说明。 第二章对突发污染事故发生概率的计算模型进了总结概括，对突发污染事 故的不确定性因素作了分析，通过对比分析，确定泊松过程模型作为突发污染 事故的发生概率的计算模型，对突发污染事故强度的确定方法作了论述，阐述 了突发污染事故源强估计方法，构建了突发污染事故概率分析模型，鹿用该模 型可以计算突发污染事故的发生概率，确定突发污染事故的强度。 第三章论述了重金属在水体中的物理化学过程，得出重金属在水体中的迁 移转化过程和水体中的泥沙是紧密相关的，而目前的重金属分相模型没有考虑 水体中泥沙的作用，造成了理论基础不足、模拟精度的降低，本章将泥沙模犁 与重金属迁移转化方程进行了耦合，建立了重金属迁移转化分相模型，并应用 北江镉污染事故实测资料，对模型进行了验证，证明了模型的实用性和可行性， 可以作为环境风险评价的模拟工具。 第四章在论述水资源经济价值内涵及水污染损失构成、计算方法的基础上， 构建了突发污染事故损失评估模型，该模型将突发污染事故对某研究区域所造 成的损失分为工业、农业和人体健康损失三部分，每一部分都有各自的计算公 式，然后再将三者相加即可得出突发污染事故所造成的总的经济损失，该模型 的计算结果是最后风险计算的依据。 第五章将前面三章建立的突发污染事故概率分析模型、重金属迁移转化分 相模型、突发污染事故损失评估模型耦合，构建了基于蒙特卡罗模拟法的突发 污染事故风险评价模型，并对模型的构建关的关键技术进行了阐述，给出了模 型求解的步骤和模型耦合示意图。 第六章为实例应用，选定佛山市为研究区域，应用第五章所建立的突发污 染事故风险评价模型，计算北江上游潜在的重金属污染源对北江下游的佛i i i 市 所造成的环境风险损失的大小，得出佛山市的环境风险已经十分严峻。 第七章对全文作了总结，指出了存在的不足，为今后需要开展的工作进行 了展望。 1 。5 2 创新之处 ( 1 ) 构建了基于泥沙模型与重金属迁移转化方程相耦合的河流重金属迁移 转化分相模型。 ( 2 ) 将突发污染事故概率分析模型、重金属迁移转化模型以及突发污染事 8 绪论 故损失评估模型耦合，构建了基于蒙特卡洛模拟法的突发污染事故环境风险评 价模型，可定量计算出区域突发性水环境污染的风险大小。 1 5 3 技术路线 通过研究内容可以看出，本文的主要研究成果就是构建了基于蒙特卡罗模 拟法的突发污染事故风险评价模型，通过该模型的建立可以为突发性环境风险 评价提供了一套科学的研究方法，并进行了实例应用，图1 1 为实例计算的技 术路线图，通过该图也可以知道各个模型的构建过程以及各章节之间的关系。 9 绪论 二二二上二二i1 确定时间段 i ： 根据研究区实际情况i ； 厂一： 1 i 一： 参数变量模糊化 l ： _- 依据污染事故统计瓷料l ； 一： j i 一： 分析突发污染事故成冈i i 故障树事件树分析法l i 一： 1 一： 确定样本数列 l ： _ 依据调查的瓷料 l 二二 = ； 函数关系式参数虽优化i ： 最小二乘法、m a t l a bi ； 厂一： ：i ! 一： 确定模型参数变量 i ： 泊松过程模型 i ： 二二 = ； 确定事故泄漏量 i ： _ 两者的函数关系式 i ： = = = = = j = = ：一j 资料收集、文献整理 。- 建立重金属各相态 质量守恒方程 推导各相态重金属迁移转 化方程 确定重金属吸附解吸模式 l a n e m u i r 吸附动力学方程 模型方稻! 差分求解 隐式差分法、追赶法 编写模型程序 v b 计算机语言 率定模型参数 依据实测值和模拟值 确定初始边界条件 突发重金属污染事故数值 模拟 ： 主 ： ll ：i 划分事故损失等级l ： ；i 根据国家规定 i i io r 一 - i土 i u 确定水质超标情况i i ：i 依据水质标准i ； i i l 臣卣| ； ii ： ： l l 编写模型程序 l i ；lv b 计算机语言i i o 。t 一 i1 l i r _ _ 1 ；i 计算突发污染事故i ； j i堕垫盛塑塑叁i ； i - - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 l 突发污染事故损火研究 曩p _ 一一，! i 奢，”_ _ 一一一- _ _ 一_ 曩量忡- - 呻节一唧_ 一一呷 _ 嘲 梦突发污染事故概率分析模型i 翰流牵金属迁移转化分栩模型i黪突发污染事故损失评估模型1 图1 2 本文的技术路线图 1 0 突发污染事故的概率研究 2 突发污染事故的概率研究 随着工业化、城市化进程的加快，自然资源的消耗速率也逐步加快。在此 过程中排放的大量有害污染物，对人体健康及人类赖以生存的环境造成了巨大 危害。尤其是突发污染事故由于具有不确定的突发性，影响范围的广泛性和危 害的严重性等特点，往往会直接危及国民经济的发展和社会的稳定。加强对突 发污染事故的环境风险评价已经迫在眉睫，而对突发污染事故发生概率的研究， 即第一章环境风险定义中的p ，则是环境风险评价的基础。 2 1 综述 上一章对突发污染事故的特征危害进行了论述，而要深化对突发性风险的 理解，加强对其发生的频( 概) 率的研究则是极为重要的，因为只有对事故发 生源有了一个较为全而的了解，才能全而的了解突发性污染事故发生后，污染 物突发性排入河流等水环境中的后续情况，从而为采取伞方位的风险控制手段， 减少突发性风险事故对水环境所造成的污染损失提供技术支持】。 确定突发污染事故的发生概率，进而根据研究区的实际情况以及污染事故 的发生概率，就可以确定突发污染事故的强度，即污染物泄漏量，然后再将事 故的泄漏量转化为污染物水质模型的初始条件和边界条件，对污染事故进行数 值模拟，再根据模拟的情况计算事故所造成的损失，因此，确定突发污染事故 的发牛概率是整个环境风险评价t 作的第步。 本章主要针对的是突发污染事故的发生概率进行研究，内容包括两个方面： 第一，选择合适的模型计算突发污染事故的发生概率，由于突发污染事故具有 很多的不确定性冈素，因此，在确定其发生概率的时候必须充分考虑突发污染 事故本身所包含的众多不确定性因素；第二，针对具体的研究区域而言，不同 的突发污染事故的发生概率所对应的事故强度是不一样的，因此，需要确定两 者之间的对应的函数关系，然后根据函数关系式以及第一步得到的发生概率确 定该发生概率对应的事故泄漏量，而函数关系式的确定则需要借助于对该地区 在突发污染事故方面的统计资料。 突发污染事故的概率研究 2 2 突发污染事故发生频率的描述 突发污染事故发生概率的计算模型主要是用来确定突发污染事故的发生概 率的，本文第一章对突发污染事故的不确定性因素作了简要的介绍，这些不确 定性因素使突发污染事故的发生及危害等也具有很大的不确定性，目前，在突 发污染事故发生概率方面所取得的成果都是从不确定性入手研究得到的。 2 2 1 不确定性因素分析 如第一章所述，突发污染事故具有很多确定性因素，如发牛的地点、发生 的时间以及事故的泄漏量等，使突发污染事故的发生具有很大的不确定性，也 是风险产生的主要原因，加强对突发污染事故不确定性的研究是一项重要的基 础性工作，影响到突发性风险评价结果的刈靠性。因此，在进行突发性环境风 险研究时，必须考虑突发污染事故的不确定性因素，这样才能使风险研究更加 合理。 在不确定性方面的研究已经比较成熟，取得了不错的成绩，其研究思路也 从最初的考虑某一种不确定性冈素，发展到现在综合考虑